银纳米线透明导电薄膜雾度特性及透明加热器件研究

发布时间：2020-06-14 14:44

【摘要】：随着时代的发展变迁,市场对于柔性电子器件的需求越来越明显,柔性透明导电材料是实现柔性器件的关键之一。银纳米线透明导电薄膜具有优异的光学和电学性能,在柔性器件等领域具有广阔的应用前景。然而,银纳米线透明导电薄膜较高的雾度和较低耐受温度制约了其在柔性显示、透明加热器件等领域的应用。本论文通过电镀金属Ni改善了银纳米线表面的散射特性,降低了玻璃基底上银纳米线透明导电膜的雾度,由于所镀金属将银纳米线导电网络之间的搭接处进行了互连,导电膜整体的方阻也有明显下降。电镀电压对Ni在银纳米线表面的均匀沉积有一定影响,电压为3 V、7 V和9 V时都会在银纳米线表面形成不均匀的Ni球,当电镀电压为5 V时,Ni镀层较为均匀,对导电膜雾度降低较为明显;电镀时间过短(10s)时,Ni未对银线形成完整包覆,雾度降低不够明显,电镀时间过长(60s)时,银线逐渐长粗,对导电膜的雾度不利,经过优化后选择合适的电镀时间为30 s。电镀金属Cu和Sn对银纳米线导电膜的雾度均没有改善作用。通过在银纳米线表面涂布上一层纳米二氧化硅颗粒,可以在一定程度上降低以PET为基材的透明导电膜的雾度。研究结果表明,Si O2的粒径是重要的影响因素。其颗粒直径越小,排列越致密,对于透明导电膜的雾度改善越明显,直径为20 nm时,对导电膜雾度有良好的降低作用,而SiO2的粒径为50 nm、100 nm和200 nm时,颗粒间有空隙且导电膜的表面粗糙度增加,雾度反而升高。二氧化硅颗粒涂布湿膜厚度决定了涂覆到银纳米线透明导电膜上颗粒的量,当其量过多时,对透明导电薄膜雾度的降低作用逐渐消失并产生不利影响,经过优化后选择的最佳涂布湿膜厚度为20μm。通过在银纳米线表面电镀上一层耐热金属镍,对银纳米线形成壳层保护,将银纳米线的最高耐受温度从169℃提升到了284℃以上。在不同形状石英基底上构筑的透明加热器件均显示出良好的耐热性能。大石英管透明加热器件在30 V的工作电压下,可以维持284.3℃的稳态温度,并且经过10次220℃的热循环冲击后,器件热性能没有任何损失。尝试了使用本实验构筑的透明加热器件烧水以及加热氧化铜粉,这些应用实例都证明了器件具有良好的实用意义,特别是在实验室可视化教学方面,很有应用潜力。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383;O614.122
【图文】：

对比图,银纳米线,对比图,长度

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文银纳米线基透明导电膜的雾度来源于银纳米线在光照下的散射作用，因此，在不影响其导电性能的情况下，降低薄膜上银纳米线的量，不但可以提升透明导电膜的光透过率，还能有效降低 TCFs 的雾度。因此，研究制备高长径比的银纳米线也是降低银纳米线基透明导电膜雾度的一个有效手段。Araki 等人[38]通过调整多元醇还原硝酸银工艺中的反应温度和搅拌速度，已经成功合成了长度在 20-100 μm 范围内（最大长度可以达到 230 μm）的超长银纳米线。图 1-1 为常见长度的银纳米线（a) 与超长银纳米线（b) 的 SEM 对比图。一般直径和长度分别为 70 nm 和 10 μm 的 AgNWs 和 ITO 相比，由直径为 91 nm 的超长 AgNWs 在玻璃基底上构筑的透明导电薄膜在方阻为 24-109 Ω/sq，透过率为94-97%时，显示出 3.4-1.6%的较低雾度。

长度分布,银纳米线,纯化工艺,短棒

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文图 1-3 为此种方法纯化后，银纳米线的直径和长度分布）相对比纯化前的银纳米线（左），大部分直径较大的纳短棒都被纯化工艺所去除，并且纯化工艺也使得银纳米线大的提高。明，当银纳米线中的杂质（主要是纳米银颗粒和短棒）

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